精密制造和特种加工技术高职全套教学课件

第一章精密制造和特种加工技术简介精密制造和特种加工技术【ch01】精密制造和特种加工技术简介.pptx【ch02】精密加工.pptx【ch03】数控电火花加工.pptx【ch04】数控电火花线切割加工.pptx【ch05】3D打印加工.pptx【ch06】其他特种加工.pptx全套可编辑PPT课件01精密制造和特种加工技术的产生及发展PARTONE精密制造和特种加工技术的产生背景制造业是将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等）通过制造过程转化为可供人们使用与利用的工业品和生活消费品的行业。从某种意义上讲，制造技术水平的高低是衡量一个国家国民经济和综合实力的重要指标之一。制造技术的发展已经有几千年的历史，从石器时代、青铜器时代、铁器时代到现在的高分子材料时代；从手工制作、机器制作到现在的智能控制自动化制作；从一般精度加工、精密加工到现在的超精密加工及纳米加工，精密制造和特种加工是新世纪知识经济时代先进制造技术的重要组成部分，代表了当前先进制造技术发展的重要方向，在制造业乃至社会发展进程中有着非常重要的作用。精密制造和特种加工技术的产生背景由于现代科学技术发展迅速，机械、电子、医疗化学、航空航天和国防工业等领域要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展，以及要求在高温、高压、重负荷等极端条件下长期可靠地工作。为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量出现，其结构形状越来越复杂、材料的强韧性越来越高，对零件的表面精度需求、粗糙度要求和某些特殊要求也越来越高，因此，对机械制造技术提出了以下新问题。精密制造和特种加工技术的产生背景2各种特殊复杂型面的加工问题，如各种热锻模、冲裁模、冷拔模和注射模的模腔和型孔、整体涡轮、喷气涡轮机叶片、炮管内膛线、喷油嘴、喷丝头小孔等的加工。1各种难加工材料的加工问题，如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、石英及硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属和非金属（尤其是高分子复合材料）材料的加工。精密制造和特种加工技术的产生背景4三维反求设计和快速成型零件的加工问题，如无模具产品壳体、复杂腔体零件的加工。3各种超精密、光整或需要特殊要求的零件的加工问题，如精密光学透镜、航空航天陀螺仪、伺服阀、高灵敏度的红外传感器部件、大规模集成电路、光盘基片、复印机和打印机的感光鼓、微型机械和机器人零件、细长或薄壁件等各种对表面质量和精度要求比较高的零件的加工。精密制造和特种加工技术的发展及影响精密制造和特种加工技术是一门综合了多学科的高级技术。要获得高精度和高质量的加工表面，不仅要考虑加工方法，而且涉及被加工的工件材料、加工设备、工艺装备、检测方法、工作环境和人的技艺水平等。精密制造和特种加工技术与系统论、方法论、计算机技术、信息技术、传感器技术、数字控制技术的结合，促成了精密制造和特种加工系统工程的形成。精密制造和特种加工技术的发展及影响提高了工件材料的可加工性1工件材料的可加工性不再与其硬度、强度、韧性、脆性等有直接的关系。改变了零件的工艺路线2在传统的机械加工中，除磨削加工外，其他的切削加工、成型加工等都必须安排在淬火热处理工序之前，这是不可违反的工艺准则。精密制造和特种加工技术的发展及影响缩短了新产品的试制周期3在试制新产品时，釆用精密制造和特种加工技术，特别是快速成型制造技术（包括3D打印技术）可以直接加工出各种特殊、复杂的二次曲面体零件（如标准和非标准直齿轮、微型电动机定子和转子硅钢片、变压器铁芯等），可以省去设计和制造相应的刀具、夹具、量具、模具及二次工具，大大缩短新产品的试制周期。精密制造和特种加工技术的发展及影响对产品零件的结构设计产生了很大的影响4山形硅钢片冲模以往常釆用镶拼式结构，现在采用电火花线切割加工技术后，即使是硬质合金的模具或刀具，也可以制成整体式结构。对传统的零件结构工艺性好坏的衡量标准产生了重要影响５以往普遍认为方孔、小孔、弯孔、窄缝等是工艺性差的典型表现，是设计人员和工艺人员非常“忌讳”的，有的甚至是机械结构的“禁区”。对电火花穿孔加工、电火花线切割加工来说，加工方孔和加工圆孔的难易程度是一样的。02精密制造和特种加工的方法及分类PARTTWO精密制造和特种加工的方法及分类精密制造指加工精度和加工后表面质量达到极高精度的加工工艺，通常包括精密切削加工和精密磨削加工。精密制造的最高技术指标不是固定不变的，而是会随时代的不同而不同。特种加工指将电能、热能、光能、声能和磁能等物理能量及化学能量或其组合乃至与机械能组合后直接施加到被加工的部位上，从而实现材料去除的加工方法，也称为非传统加工。精密制造和特种加工的方法及分类03精密制造和特种加工技术的经济性及作用PARTTHREE精密制造和特种加工技术的经济性由于精密制造和特种加工设备价格昂贵，对加工环境条件要求极高，因此精密制造和特种加工总是与高加工成本联系在一起。在过去相当长的一段时间内，这种观点限制了精密制造和特种加工的应用范围，使得它主要应用于军事、航空航天等领域。近十几年来，随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，精密制造和特种加工的产品已进入人们生活的各个领域，其生产方式也从过去的小批量生产走向大批量生产。在机械制造行业，精密制造和特种加工机床不再是仅用于后方车间的加工工具，而且在工业发达的国家已将精密制造和特种加工机床直接用于产品零件的精密加工，并取得了显著的经济效益。精密制造和特种加工技术的作用发展先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策，同时是一个国家独立自主、繁荣富强、经济持续稳定发展、科技保持先进领先的长远大计。先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段之一，许多发达国家都十分重视先进制造技术的水平和发展，利用它进行产品革新、扩大生产和提高国际经济竞争力。精密制造和特种加工技术的作用从先进制造技术的技术实质而论，主要有精密、超精密加工技术和制造自动化技术两大领域，前者追求加工上的精度和表面质量极限，后者包括了产品设计、制造和管理的自动化，它们不仅是快速响应市场需求、提高生产率、改善劳动条件的重要手段，而且是保证产品质量的有效举措。制造自动化通过精密、超精密加工技术才能准确可靠地实现。两者具有全局的决定性作用，是先进制造技术的支柱。谢谢观看第二章精密加工精密制造和特种加工技术01精密加工概述PARTONE精密加工的概念精密加工是指在机械制造领域中，某个历史时期所能达到的最高加工精度的各种加工方法的总称，它是适应现代技术发展的一种机械加工新工艺，综合应用了机械加工技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到了进一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米级发展。提髙加工精度后可提升产品的性能和可靠性，增强零件的互换性，提高装配生产率，并易于实现自动化装配。精密加工的分类与应用精密加工技术主要应用于国防、微电子、激光技术、航空航天、光学仪器、计量及大规模集成电路等领域。根据加工表面及加工对象的不同特征，精密加工可分为以下几类。精密切削01精密研磨和抛光02精密特种加工03精密加工的研究内容精密加工是一项涉及多学科的综合性技术，不仅需要精密的机械结构、先进的加工和检测工具，还需要运用计算技术实现精确的实时控制。只有有效地集成各学科相关技术，才有可能真正实现和发展精密加工。精密加工刀具01精密加工机理02精密加工机床03稳定的加工环境04误差补偿05精密测量技术0602精密切削PARTTWO精密切削刀具精密切削加工对刀具材料的要求1（1）极高的硬度、耐磨性和弹性模量。（2）极锋利的刀刃、极小的刃口半径，有利于实现微量切削。（3）刀刃无缺陷，切削时能将刃形复制到加工表面，得到超光滑的镜面。（4）与工件的抗黏结性好，化学亲和力小，摩擦系数低，能得到极好的加工表面。精密切削刀具金刚石刀具材料的力学性能2在众多刀具材料中，金刚石集力学、光学、热学、声学等众多优异性能于一身，具有极高的硬度和耐磨性，以及摩擦系数小、导热性高、热膨胀系数和化学惰性低等特点，是精密与超精密切削加工中最佳的刀具材料。精密切削刀具金刚石刀具的精度控制３金刚石刀具根据其切削刃的形状可以分为两种，一种是圆弧刃，可用于加工各种形状特征，尤其适用于加工复杂曲面；另一种是直线刃（也称修光刃），主要用于加工平面、柱面及锥面等简单规则的形状特征。金刚石圆弧刃刀具在切削过程中的调整比较简单，但在进行高精度曲面加工时，对其圆弧刃的刃磨精度要求很严格，因为它的刃磨精度会直接“复印”到所加工的曲面上。目前圆弧刃的刃磨精度可达±0.02μm。精密切削刀具在精密切削加工中，金刚石刀具参数的选择４金刚石刀具参数的选择依据刀具切削刃的种类，即圆弧刃还是直线刃。刀具刃的几何角度，即前角还是后角。圆弧刃刀具的圆弧半径大小。圆弧刃刀具的后刀面形状，即圆锥控制还是圆柱控制。圆弧刃刀具的刀尖圆弧精度，即控制波纹度还是非控制波纹度，如果是控制波纹度，其精度是多少。圆弧刃刀具的有效切削圆弧的包角大小（直线刃刀具的修光刃的长度）。必要时需要考虑刃口钝圆半径的大小（衡量金刚石刀具锋利度的一个重要指标）。在精密切削加工中，应根据工件材料种类、加工特征的形状及精度选择适当的金刚石刀具，主要考虑以下因素。（1）金刚石刀具参数的选择依据（2）选用实例精密切削加工机理精密切削过程与常规切削过程并无本质上的不同，都是工件材料在刀具的作用下，产生剪切断裂、摩擦挤压和滑移变形而成为切屑，得到所需零件几何形状的过程。但由于精密切削加工要求必须能够均匀地切除极薄的金属层，因此微量切削过程中的许多问题都有其特殊性，切削力、切削热、切削参数等因素对加工精度和表面质量的影响都与常规切削有很大的不同。所以，有必要对精密切削的特殊性进行系统的研究，掌握其变化规律，以便更好地利用精密加工技术提高零件的加工精度和表面质量。精密切削加工机理1．过渡切削过程为了研究微量切削过程的切削机理，了解切削过程中的各种现象，首先要分析过渡切削过程。过渡切削过程是指包含工件材料的弹性变形、塑性变形和切离3个阶段的切削过程。精密切削加工机理２．最小切削深度零件精加工过程中的最小切削深度应小于或等于该工序误差的允许值，因此最小切削深度反映了加工方法的加工精度。精密切削加工机理3．微量切削的碾压过程微量切削釆用了极小的切削深度，在切削过程中有其特殊的切削现象，刀具的刀尖圆弧半径处的碾压效应就是其中之一。精密切削中影响切削力的主要因素在精密切削中，切削力直接影响刀具的寿命及工件的加工质量。因此，研究分析精密切削过程中切削力的变化规律，具有重要的实用价值。切削力的来源与分解１精密切削时影响切削力的因素２由前文对精密切削变形的分析可知，切削力由克服加工材料对弹性变形的抗力、克服加工材料对塑性变形的抗力、克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力等组成。在进行精密切削时，采用微量切削方法，各种因素对切削力的影响与普通切削有所不同。切削热与切削液切削热是切削过程中产生的重要物理现象之一，切削时消耗的能量除1%~2%用以形成新表面和通过晶格扭曲的形式形成潜能外，有98%~99%转换为热能，因此可以近似地认为切削时消耗的能量全部转换为热能。大量的切削热使得切削温度升高，这将直接影响刀具前刀面上的摩擦系数、积屑瘤的形成和消退、刀具的磨损及工件材料的性能、工件加工精度和己加工表面质量等，所以对切削热和切削温度的研究有着重要意义。切削热与切削液1．切削热的产生、传导和控制2．切削液切削热的产生切削热的传导切削热的控制切削液的作用切削液的分类与应用金刚石刀具的磨损、破损及耐用度金刚石刀具有许多独特的优点，其在精密切削中得到了广泛的应用，因此本节着重分析金刚石刀具的磨损、破损及耐用度问题。刀具的损坏形式有机械磨损、黏结磨损、相变磨损、扩散磨损、破损和炭化磨损等，金刚石刀具常见的磨损形式为机械磨损和破损，炭化磨损等较少见。金刚石刀具的磨损、破损及耐用度金刚石刀具的磨损１金刚石刀具的破损２金刚石刀具的耐用度３刀具磨损是指刀具在正常的切削过程中，由于物理或化学的作用，刀具原有的几何角度逐渐丧失的现象。裂纹碎裂金刚石刀具的耐用度是指刀具由开始切削到磨钝为止的切削总时间，它代表刀具磨损的快慢程度。刀具的耐用度越大，表示刀具的磨损越慢，因此影响刀具磨损的因素都会影响刀具的耐用度。影响精密切削表面粗糙度的主要因素各切削参数对表面粗糙度的影响１刀具磨损对表面粗糙度的澎响２表面粗糙度是衡量精密与超精密加工精度的一个重要指标，因此，在精密切削过程中，各切削参数对表面粗糙度的影响也是精密切削研究的重点问题。切削速度进给量切削深度金刚石刀具的结构特性与磨损有很大关系，合理地使用金刚石刀具，可以在较长时间内保持较高的加工质量。03精密磨削PARTTHREE精密磨削的分类及应用精密磨削是利用细粒度的磨粒或微粉对黑色金属、硬脆材料等进行加工，以得到高加工精度和小表面粗糙度，再用微小的多刃刀具去除细微切屑的一种加工方法。对铜、铝及其合金等软金属采用金刚石刀具切削十分有效，但对于黑色金属、硬脆材料，主要还是采用精密磨削加工。精密磨削的分类及应用固结磨料加工１游离磨料加工２固结磨料加工是将一定粒度的磨粒或微粉与结合剂黏结在一起，使其形成一定形状并具有一定强度，再采用烧结、黏结或涂覆等方法制成砂轮、砂条、油石或砂带等磨具的加工方法。其中，用烧结方法形成的砂轮、砂条、油石等称为固结磨具；用涂覆方法形成的砂带称为涂覆磨具。将游离状态下的细磨料或微粉放在工件和工具之间进行研磨和抛光等的加工方法，称为游离磨料加工。游离磨料加工是应用较早而又不断发展的加工方法，它是不切除或切除极薄的材料层，用以降低工件表面粗糙度或强化加工表面的加工方法，多用于最终工序加工。近年来，在这些传统工艺的基础上，出现了许多新的游离磨料加工方法，如磨料流加工、磁力研磨、弹性发射加工、磁流体抛光、化学机械抛光等。精密磨削的过程与机理精密磨削的过程１精密磨削是用微小的多刃刀具削除细微切屑的一种加工方法。作为切削刃的磨料磨粒是不规则的菱形多面体，顶锥角多在90°~120°之间。在进行磨削时，磨粒基本都以很大的负前角进行切削。多数磨粒切削刃都有圆弧，其刃口圆弧半径在几微米到几十微米之间。磨粒磨损后，其负前角和刃口圆弧半径都将增大。精密磨削的过程与机理精密磨削的机理２磨粒的微刃性01磨粒的等高性02微刃的滑擦、挤压、抛光作用03精密磨削主要依靠砂轮的精细修整，使磨粒具有等高性和微刃性，磨削后加工表面存在大量极细微的磨削痕，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和小表面粗糙度。磨削力磨削力的分解１磨削力的主要特征２单个磨粒切除的材料虽然很少，但砂轮表面层有大量磨粒同时工作，而且磨粒的工作角度不合理，绝大多数为负前角切削，因此总磨削力相当大。单位磨削力kc很大三向磨削力中切深力FY最大磨削力因磨削阶段的不同而变化FZ——主磨削力（切向磨削力）FY——切深力（径向磨削力）FX——进给力（轴向磨削力）磨削力影响磨削力的因素３当砂轮速度ν增大时，单位时间内参加切削的磨粒数随之增大。因此每个磨粒的切削厚度减小，磨削力随之减小。当工件速度Wv和轴向进给量fn增大时，单位时间内磨去的金属量增大，如果其他条件不变，则每个磨粒的切削厚度随之增大，从而使磨削力增大。当径向进给量fn增大时，不仅每个磨粒的切削厚度增大，而且砂轮与工件的磨削接触弧长也增大，同时参加磨削的磨粒数增多，从而使磨削力增大。砂轮的磨损会使磨削力增大，因此磨削力的大小在一定程度上可以反映砂轮上磨粒的磨损程度。如果磨粒的磨损程度用磨削时工作台的行程次数（反映了砂轮工作时间的长短）间接表示，那么随着工作台的行程次数的增大，径向磨削力FY和切向磨削力FZ都增大，但径向磨削力FY增大的速率远比FZ切向削磨削力快。磨削温度1．磨削温度的基本概念通过磨削切除单位体积金属所消耗的能量远高于釆用其他切削方式（为车削时的10~20倍），而且磨削速度一般很高，因此磨削温度很高。磨削温度砂轮速度工件速度径向进给量工件材料砂轮硬度与粒度2．影响磨削温度的主要因素磨削液在磨削过程中，合理地使用磨削液可降低磨削温度并减小磨削力，以及减少工件的热变形，减小加工表面粗糙度，改善磨削表面质量，提高磨削效率和砂轮寿命。衡量磨削液性能的主要指标有润滑性能、挤压性能、冷却性能、清洗性能，以及渗透性、防锈性、防腐性、消泡性、防火性等。磨削液磨削液的润滑作用１磨削液的冷却作用２摩擦可分为干摩擦、流体润滑摩擦和边界润滑摩擦3类。如果不用磨削液，则形成工件与砂轮接触的干摩擦，此时的摩擦系数较大。磨削液的冷却作用主要是靠热传导带走大量的切削热，从而降低磨削温度，提高砂轮的耐用度，减少工件的热变形，提高加工精度。在磨削速度快、工件材料导热性差、热膨胀系数较大的情况下，磨削热的冷却作用尤显重要。磨削液磨削液的分类、选用与使用方法４磨削液的分类磨削液的选用磨削液的使用方法磨削液的清洗和防锈作用３磨削液可以冲刷磨削中产生的磨粉，起到防止划伤已加工表面的作用。磨削液清洗性能的好坏与其渗透性、流动性和使用的压力有关。磨削表面粗糙度磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻画出的无数极细的沟槽形成的。单纯从几何因素考虑，可以认为在单位面积上刻痕越多，即通过单位面积的磨粒数越多，刻痕的等高性越好，则磨削表面粗糙度越小。1．磨削工艺对磨削表面粗糙度的影响砂轮的速度工件速度砂轮的纵向进给量磨削表面粗糙度２.砂轮粒度和砂轮修整对磨削表面粗糙度的影响砂轮粒度不仅表示磨粒的大小，还表示磨粒之间的距离。磨削金属时，参与磨削的每一个磨粒都会在加工表面上刻出与它的大小和形状相同的沟槽。在相同的磨削条件下，砂轮的粒度号越大，参加磨削的磨粒越多，磨削表面粗糙度越小。表层金属的塑性变形砂轮的磨削速度远比一般切削加工的速度大得多，且磨粒大多为负前角，磨削比压大，磨削区温度很高，工件表层温度有时可达900°C，工件表层金属容易产生相变而烧伤。因此，磨削过程的塑性变形要比一般切削过程大得多。由于塑性变形的缘故，磨削表面的几何形状与单纯根据几何因素得到的原始形状大不相同，在力因素和热因素的综合作用下，工件表层金属的晶粒在横向上被拉长，有时还产生细微的裂口和局部的金属堆积现象。影响工件表层金属的塑性变形的因素往往是影响磨削表面粗糙度的决定因素。表层金属的塑性变形1．磨削用量对表层金属塑性变形的影响２．砂轮性能对表层金属的塑性变形的影响砂轮的速度工件速度磨削深度砂轮粒度砂轮硬度砂轮组织砂轮材料表层金属的物理性能加工表面的冷作硬化１影响加工表面冷作硬化的因素２机械加工过程中产生的塑性变形使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，这些都会使表层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或强化）。工件材料性能的影响磨削用量的影响砂轮粒度的影响表层金属的金相组织变化磨削烧伤1回火烧伤01淬火烧伤02退火烧伤03在机械加工过程中，工件的加工区及其邻近的区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。在磨削加工中，消耗的能量绝大部分都要转化为热能，这些热能中的约80%将传递给加工表面，使加工表面具有很高的温度。对于已淬火的钢件，很高的磨削温度往往会使表层金属的金相组织产生变化，使表层金属硬度下降，使加工表面呈现氧化膜的颜色，这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时，会出现以下3种金相组织变化。表层金属的金相组织变化改善磨削烧伤的途径2正确选择砂轮01合理选择磨削用量02改善冷却条件03在机械加工过程中，工件的加工区及其邻近的区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。表层金属的残余应力1．表层金属产生残余应力的原因在机械加工过程中，加工表面的金属层内产生塑性变形，使表层金属的比热容增大。不同的金相组织具有不同的密度，因此也具有不同的比热容。在磨削淬火钢时，因为磨削热有可能使表层金属产生回火烧伤，所以表层金属组织将由马氏体转变为接近珠光体的托氏体或索氏体，表层金属密度增大，比热容减小。表层金属由于相变产生的收缩受到基体金属的阻碍，因此产生拉伸残余应力，里层金属则产生与之相平衡的压缩残余应力。表层金属的残余应力２．影响残余应力的因素残余应力的产生规律磨削用量对残余应力的影响工件材料对残余应力的影响04精密与超精密机床PARTFOUR主轴部件主轴部件是超精密机床保证加工精度的核心，其静态和动态回转精度高，振摆小，精度保持性好；主轴本身及驱动系统不产生过大振动或振动极小，有足够大的刚度和负载容量等。影响主轴部件精度的因素主要包括轴承类型、主轴的驱动方式等。主轴部件１．轴承类型液体静压轴承01空气静压轴承02轴承是影响主轴部件精度的主要因素，早期的轴承釆用的是超精密的滚动轴承，机床加工精度可以达到1μm，加工表面粗糙度可以达到0.04~0.02μm。但此类轴承的缺点是制造难度大、成本高，已很少在精密机床中使用。目前精密机床使用的是性能更好的液体静压轴承和空气静压轴承，其中空气静压轴承刚度低、承载能力不高，因此多用于超精密机床，而大型精密机床多釆用液体静压轴承。主轴部件２．主轴的驱动方式电动机通过带传动驱动机床主轴01电动机通过柔性联轴器驱动机床主轴02采用内装式同轴电动机驱动机床主轴03主轴的驱动方式直接影响超精密机床的主轴回转精度。导轨和进给驱动系统1．导轨滚动导轨01液体静压导轨02气浮导轨和空气静压导轨03精密机床导轨必须长期保持很高的直线运动精度。这要求导轨具有高的制造精度，导轨材料也要有高的稳定性和耐磨性。目前，精密机床常釆用的导轨有滚动导轨、液体静压导轨、气浮导轨和空气静压导轨。导轨和进给驱动系统2．进给驱动系统滚珠丝杠副驱动01摩擦驱动02精密机床多用于加工非球曲面，刀具相对于工件需进行精密的纵向和横向运动，因此需要进给驱进系统具有很高的直线运动精度和高分辨力的位移精度。目前精密机床的进给驱动系统主要有滚珠丝杠副驱动和摩擦驱动两种。最近，直线电动机技术的发展使进给驱动系统的精度大幅提髙，部分新超精密机床已采用直线电动机作为进给驱动系统的驱动元件。微量进给装置微量进给装置已经成为精密机床的一个重要的关键装置及机床附件。现在高精度的微量进给装置的分辨率已达到0.001〜0.01μm，这对实现超薄切削、高精度尺寸加工和在线误差补偿是十分有效的。机床的稳定性与提离机床稳定性的措施机床的稳定性1提高机床稳定性的措施２机床的稳定性是指构成机床的各部件应尺寸稳定性好、刚度高、变形量小，以及整体结构的抗震减振性好。提高机床结构的抗震性、消除或减小机床内的振动。隔离振源，减小外界振动的影响减少热变形和恒温控制热变形及其控制措施01恒温控制02超精密机床的在线检测系统超精密机床的在线检测设备01激光检测系统02谢谢观看第三章数控电火花加工精密制造和特种加工技术01数控电火花加工概述PARTONE数控电火花加工的定义数控电火花加工（以下简称“电火花加工”）又称放电加工，是利用工具和工件之间脉冲放电时局部瞬时产生的高温腐蚀现象对材料进行尺寸加工或表面强化的一种方法。在进行电火花加工时，工件与加工所用的工具称为电极，不同的电极或电极对之间多充满工作液，主要起恢复电极间的绝缘状态及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持续放电。在一般的电火花加工过程中，工件与工具电极并不接触，而是保持一定的距离（称为间隙），在工件与工具电极间施加一定的脉冲电压，当工具电极向工件进给至某一距离时，两电极间的工作液介质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高温使电极对的材料表面熔化甚至汽化，使材料表面形成电腐蚀的坑穴。如果能适当控制这一过程，就能准确地加工出所需的工件形状。因为在放电过程中常伴有火花，所以称为电火花加工。电火花加工的特点适用于难切削材料的加工1可以加工特殊及复杂形状的零件2易于实现加工过程自动化3可以改进工件的结构设计，改善工件的结构的工艺性４电火花加工的工艺类型及适用范围随着电火花加工工艺技术的发展及应用范围的扩大，目前电火花加工装备和电火花加工工艺已逐步形成清晰的分类，以适应不同的零件的加工特点。按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同可分为：电火花成型加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化、电火花研磨和珩磨等。其中前5类属电火花成型、尺寸加工，是用于改变工作形状和尺寸的加工方法；后者则属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。电火花加工对材料的可加工性和结构工艺性的影响电火花加工工艺的特点及逐渐广泛的应用，引发了机械制造工艺技术领域内的许多变革。提高了材料的可加工性1改变了零件的典型工艺路线2改变了试制新产品的工序和工艺3对产品零件的结构设计带来了巨大的影响４改变了传统的结构工艺性好与坏的衡量标准５电火花加工的发展概况和应用

20世纪40年代后期，苏联科学家鲍•拉扎连科针对插头或电器开关在闭合与断开时经常发生电火花烧蚀这一现象，经过反复的试验研究，终于发明了电火花加工技术，把对人类有害的电火花烧蚀转化为对人类有益的一种全新工艺方法。20世纪50年代初，研制出的电火花加工装置，采用双继电器作为控制元件，控制电动机的正转、反转，以达到调节电极与工件间隙的目的，但这台装置只能加工出简单形状的工件，自动化程度很低。我国是国际上开展电火花加工技术研究较早的国家之一，由中国科学院电工研究所牵头，到20世纪50年代后期先后研制出电火花穿孔机床和电火花线切割机床。一些先进工业国，如瑞士、日本也加入了电火花加工技术研究行列，使电火花加工工艺在世界范围取得了巨大的发展，应用范围也日益广泛。电火花加工的应用范围已从单纯的穿孔加工冷冲模具、取出折断的丝锥与钻头，逐步扩展到加工汽车与拖拉机零件的锻模、压铸模及注塑模具，近几年又大规模应用于精密微细加工技术领域，为航空、航天及电子、交通、无线电通信等行业解决难切削加工及复杂形状的工件的加工问题。02电火花加工的基本原理PARTTWO常用的电火花加工术语和符号我国参照相关国际组织的电火花加工术语、定义和符号，制定了我国电火花加工的术语、定义和符号。１．工具电极２．放电间隙３．脉冲电源４．伺服进给系统５．工作液介质６．电蚀产物７．电规准８．脉冲宽度ti（μs）９．脉冲间隔to（μs）10．放电时间te（μs）11．击穿延时td（μs）12．脉冲周期tp（μs）13．开路电压（空载电压）或峰值电压ûi（V）14．加工电流I（A）15．峰值电流îe（A）16．正极性、负极性加工17．放电状态实现电火花加工的条件电火花加工是基于工具电极和工件之间的脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余金属的，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量的预定加工要求。电腐蚀现象的主要原因是：在电火花放电时，火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化或汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。相对于传统加工方式，电火花加工具有其特殊性。电火花加工系统电火花加工系统示意图。浸在工作液介质中的工具电极和工件分别与脉冲电源的两输出端连接；自动进给调节装置（此处为电动机及丝杆螺母机构）使工具电极和工件间常保持一个很小的放电间隙，当脉冲电压加到两电极之间时，便在当时的条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具电极和工件表面都蚀除一小部分金属，各自形成一个小凹坑；当脉冲放电结束后，经过一段间隔时间，使工作液恢复绝缘，之后第二个脉冲电压又加到两电极上，又会在当时两电极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，同样电蚀出一个小凹坑。就这样以相当高的频率连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，就可将工具的形状复制到工件上，加工出需要的零件。整个工件的金属表面将由无数个小凹坑组成。电火花加工机理电火花加工机理是在火花放电时，电极表面的材料被蚀除的物理过程。了解这一微观过程，有助于掌握电火花加工的基本规律，这样才能对脉冲电源、进给装置、机床设备等提出合理的要求。电极间介质被电离、击穿，形成放电通道1电极材料的熔化、汽化热膨胀2电极材料的抛出3两电极间介质的消电离４03电火花加工的基本规律PARTTHREE电火花加工的工艺指标电火花加工的工艺性能是通过电火花加工的工艺指标来表现和衡量的。电火花加工的工艺指标包括加工速度、工具电极损耗、表面粗糙度、加工精度和表层状态等。加工速度1工具电极损耗2表面粗糙度3加工精度４表层状态５影响材料放电腐蚀的主要因素电火花加工的整个过程，实质上就是不断重复的单个脉冲能量作用的积累。因此，电火花加工的一般工艺规律与单个脉冲的作用密切相关。在研究电火花加工的一般工艺规律前，有必要了解在单个脉冲的作用下，材料被放电腐蚀的一些基本现象。极性效应1覆盖效应2电火花加工的电参数3传热效应４材料的热学物理常数５电火花加工的工艺规律１．影响加工速度的主要因素２．影响电极损耗的主要因素电参数对加工速度的影响非电参数对加工速度的影响电参数对电极损耗的影响非电参数对电极损耗的影响电火花加工的工艺规律３．影响表面粗糙度的主要因素4．影响电火花成型加工精度的因素电火花加工表面粗糙度与切削加工表面粗糙度不同，它是由若干电蚀小凹坑组成的，能存润滑油，其耐磨性比同样表面粗糙度的切削加工表面要好。在相同表面粗糙度的情况下，电火花加工表面比切削加工表面亮度低。由于电火花加工表面粗糙度直接影响工件的使用性能和使用寿命，因此掌握电火花加工表面粗糙度的变化规律就显得非常重要。电火花成型加工精度包括尺寸精度和仿形精度两项工艺指标。在进行电火花成型加工时，既要求规则的几何形状部位尺寸精确、满足设计要求，又对异形冲压模、异形型腔模等不规则的几何形状及尖角、尖棱、窄筋、窄槽、图案等保证较高的仿形精度。因此，要完成合格的加工，必须对影响加工精度的各因素有较全面的理解。５．合理选择电火花加工工艺前面我们详细阐述了电火花加工的工艺规律，不难看到，加工速度、电极损耗、表面粗糙度、加工精度往往相互矛盾。04电火花加工设备PARTFOUR电火花成型加工机床概述电火花成型加工机床的分类1电火花成型加工机床的结构形式2国产电火花成型加工机床的型号规格3电火花成型加工机床各主要部件名称的定义4电火花成型加工机床各传动轴名称与方向定义5电火花成型加工机床的组成及其部分功能电火花加工系统一般由电火花成型加工机床主体、工作液过滤和循环系统、伺服进给系统、脉冲电源等组成。电火花成型加工机床主体1工作液过滤和循环系统2伺服进给系统3脉冲电源４电火花成型加工机床专用附件５电火花成型加工机床随机附件605电火花成型加工的工艺流程PARTFIVE工具电极的设计制造工具电极设计制造的技术要求01工具电极材料的选择02工具电极的结构形式03工具电极的尺寸设计04电极制造方法05电极缩放量的选取06电极的装夹与校正07加工规准的选择加工规准的选择依据与顺序01加工规准选择的基本规则02在采用电火花加工零件时，先在分析工件的特点和技术要求（如表面粗糙度、尺寸、形位精度）等工艺技术指标的基础上，根据工件材料选择工具电极的材料。然后选择工艺参数规准（如电压、电流、脉宽、脉间等）。一般大部分工件要分成粗、中、精几种规准依次转换，既保证工件的技术要求，又保证尽可能高的总的生产效率。平动量的分配平动量的分配是单电极平动加工法的一个关键问题。粗加工时，电极不平动；使用中间各档加工时，平动量的分配主要取决于加工表面由粗变细的修光量。此外，平动量的分配还和电极损耗、平动头原始偏心量、主轴进给运动的精度等有关。工作液的选择１．液体介质的作用液体介质可压缩放电通道，使放电能量高度集中在极小的区域内，加强蚀除效果，提高放电仿形的精确度。液体介质可加速电极间隙的冷却，有助于防止金属表面局部热量积累，防止烧伤和电弧放电的产生。液体介质可加速放电的流体动力过程，加速蚀除产物的排出。液体介质有助于加强电极表面的覆盖效应和改变工件表层的物理化学性能。工作液的选择２．对液体介质的要求具有一定的绝缘强度能够较快地恢复绝缘强度，有较好的流动性。燃点、闪点要高，不会爆炸，不容易燃烧。无毒、无刺激性，放电时的分解物对加工妨碍小，对人体无害。加工稳定性要好，工艺指标要高。价格便宜，容易获得。工作液的选择３．常用液体介质的种类及应用电火花成型加工工作液有油基、水基及专用工作液等。其中煤油由于黏度低，排屑方便，击穿间隙小，对提高电火花加工精度有利，广泛应用于电火花穿孔、成型，以及电火花磨削。06电火花成型加工的工艺方法及实例PARTSIX型腔的加工方法型腔的加工比较困难，由于均是盲孔加工，因此工作液循环和蚀除产物排出条件差，工具电极损耗后无法靠主轴进给补偿精度，金属蚀除量大。其次是加工面积变化大，在加工过程中，电规准的变化范围也较大，因为型腔形状复杂，电极损耗不均匀，所以对加工精度影响也很大。因此，对型腔的电火花加工，既要求蚀除量大，加工速度高，又要求电极损耗低，并保证加工精度和表面粗糙度。型腔的电火花加工主要有单电极平动加工法"多电极更换加工法、分解电极加工法和集束电极加工法等。单电极平动加工法01多电极更换加工法02分解电极加工法03集束电极加工法0407电火花穿孔加工的工艺方法及实例PARTSEVEN电火花穿孔加工的应用范围１．电火花穿孔加工的应用模具加工：粉末冶金模的直壁深型孔加工；挤压模、拉丝模的型孔加工；冲裁模的凹凸模、卸料板及固定板的加工。小孔及异形孔加工：直径较小的圆孔或异形小孔加工，如喷丝头、异形喷丝板等。螺纹加工：淬硬材料的螺孔加工。特殊零件加工：高硬度、高韧性、易变形、易破碎的零件、耐热合金及特殊形状的型孔加工。电火花穿孔加工的应用范围２．电火花穿孔加工的特点电火花穿孔加工能完成一般机械加工难以完成的复杂型孔加工，且型孔形状越复杂，越能显示出电火花穿孔加工的优越性。当电火花穿孔加工用于冲模加工时，间隙均匀，刃口平直，提高了模具的质量。由于电火花穿孔加工将产生一定厚度的变质层，而有些模具不允许变质层存在，所以必须去除，因此其将对加工精度产生一定程度的影响。与线切割相比，电火花穿孔加工必须制造成型电极。因此，当加工周长较长，型孔较多时，电火花穿孔加工比较有利；当加工周长较短，型孔较少时，线切割加工比较有利。电火花穿孔加工的工艺方法冲压模具是生产中应用较多的一种模具。由于冲压模具的形状复杂和尺寸精度要求高，所以它的制造已成为生产上的关键技术之一。特别是有的凹模，用一般的机械加工是非常困难的，甚至是不可能的，而釆用电火花加工能较好地解决这些问题。冲模的电火花穿孔加工工艺方法01电规准的选择及转换02谢谢观看第四章数控电火花线切割加工精密制造和特种加工技术01数控电火花线切割加工的必备知识和技能PARTONE数控电火花线切割加工机床的使用和维护电火花加工又称电加工（ElectricalDischargeMachining，EDM），其加工过程与传统的机械加工完全不同。电火花加工是一种电能、热能加工方法。在进行电火花加工时，工件与加工所用的工具为极性不同的电极对，电极对之间多充满工作液介质，主要起恢复电极间的绝缘状态及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持续放电。在正常电火花加工过程中，工具电极与工件并不接触，而是保持一定的距离（称为间隙），在工件与工具电极间施加一定的脉冲电压，当工具电极向工件进给至某一距离时，两电极间的工作液介质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高温将电极对的表面材料熔化甚至汽化，使材料表面形成电腐蚀的坑穴。1．数控电火花线切割加工的发展历程数控电火花线切割加工概述1数控电火花线切割加工机床的使用和维护电火花线切割加工的工艺过程和机理，与电火花成型加工既有共性，又有特性。2．电火花线切割加工的特点电火花线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造等开辟了一条新的加工工艺途径，主要应用于以下几个方面。3．电火花线切割加工的应用范围新产品的试制加工机械加工困难的零件贵重金属的下料加工模具零件数控电火花线切割加工概述1数控电火花线切割加工机床的使用和维护电火花线切割加工的原理是利用连续移动的金属丝（电极丝）作为工具电极对工件进行脉冲火花放电并切割成型。在进行电火花线切割加工时，利用工作台带动工件相对电极丝沿X、P方向移动，使工件按照预定的轨迹进行运动而“切割”出所需的零件尺寸和形状。1．电火花线切割加工的原理电火花线切割加工的原理、分类与应用2数控电火花线切割加工机床的使用和维护2．电火花线切割加工的分类电火花线切割加工的原理、分类与应用2快走丝电火花线切割加工机床慢走丝电火花线切割加工机床根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割加工机床通常分为两大类：高速走丝（快走丝）电火花线切割加工机床（WEDM-HS），低速走丝（慢走丝）电火花线切割加工机床（WEDM-LS）。数控电火花线切割加工机床的使用和维护3．电火花线切割加工技术的应用发展趋势电火花线切割加工的原理、分类与应用2稳步发展快走丝电火花线切割加工机床的同时，重视慢走丝电火花线切割加工机床的开发和发展。进一步完善机床结构设计，改进走丝机构。积极推广多次切割工艺，提高综合工艺水平。发展PC控制系统，扩充电火花线切割加工机床的控制功能。数控电火花线切割加工机床的使用和维护电火花线切割加工机床的主要技术参数包括工作台行程（纵向行程x横向行程）、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速度及数控系统的控制功能等。电火花线切割加工机床的种类不同，其设备内容也不同，但必须包括3个主要部分：线切割机床、控制器、脉冲电源。1．电火花线切割加工机床的型号及主要技术参数电火花线切割加工设备3机床本体工作液循环系统数字程序控制系统脉冲电源数控电火花线切割加工机床的使用和维护2．电火花线切割加工设备组成电火花线切割加工设备3机床本体由机床床身、坐标工作台、走丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等组成。数控电火花线切割加工机床的使用和维护电火花线切割加工的安全技术规程主要从两个方面考虑：一方面是人身安全，另一方面是设备安全。3．电火花线切割加工的安全技术规程电火花线切割加工设备3

数控电火花线切割加工机床的控制系统是根据人的“命令”控制机床进行加工的。因此必须先将要加工的工件图形用机器能接受的“语言”编排好“命令”，以便输入控制系统。这种“命令”就是电火花线切割加工程序，这项工作称为数控电火花线切割加工编程。数控电火花线切割加工编程的方法分为手工编程和自动编程。数控电火花线切割加工机床的使用和维护数控电火花线切割加工编程及其应用4电火花线切割加工机床的基本操作HCKX320型电火花线切割加工机床的操作11．HCKX320型电火花线切割加工机床的控制面板数控脉冲电源控制柜面板手控盒操作面板储丝筒操作面板

HCKX320型电火花线切割加工机床的控制面板包括数控脉冲电源控制柜面板、手控盒操作面板和储丝筒操作面板。电火花线切割加工机床的基本操作2．HCKX320型电火花线切割加工机床的基本操作过程

HCKX320型电火花线切割加工机床在加工时的操作和控制大部分是通过数控脉冲电源控制柜进行的，这里主要对其基本操作进行说明。②建立机床坐标程序的编制与校验电极丝运动起点位置的确定⑧加工零件的操作步骤①机床的开、关机操作工作台移动Z轴行程调整⑦机床调整HCKX320型电火花线切割加工机床的操作1电火花线切割加工机床的基本操作DK7732型电火花线切割加工机床的基本操作2开机操作做好切割前的准备工作机床的操作顺序工作台移动Z轴行程调整（1）DK7732型电火花线切割加工机床的控制面板（2）DK7732型电火花线切割加工机床的基本操作过程电火花线切割加工机床的基本操作西班牙ONAAE300慢走丝电火花线切割加工机床的操作3控制元件控制数控切割类型（1）西班牙ONAAE300慢走丝电火花线切割加工机床的控制面板及其功能应用电火花线切割加工机床的基本操作西班牙ONAAE300慢走丝电火花线切割加工机床的操作3（2）西班牙ONAAE300慢走丝电火花线切割加工机床的基本操作过程开机③工件安装⑤开启工作液泵，调节喷嘴流量⑦零件检测安装电极丝④电极丝初始坐标位置调整⑥程序输入与运行⑧关机电火花线切割加工机床的基本操作电火花线切割加工机床的日常维护和保养４机床的润滑机床的清理机床的维护和保养为了保证电火花线切割加工机床的正常使用和加工精度，操作者必须按要求对机床进行精心的维护和保养。电火花线切割加工机床在加工前的准备电火花线切割加工机床的基本操作1开机。装夹、校正工件。上丝、穿丝、紧丝，调整切割厚度。电极丝垂直找正。将程序输入机床或自动编程。确定加工起点。启动机床，根据加工要求调整加工参数。加工完毕，卸下工件并检测。清洁整理机床。关机。电火花线切割加工机床在加工前的准备加工前的准备2工件材料的选定和处理工件的工艺基准电极丝材料与直径的选择穿丝孔的加工加工路线选择工件装夹工件位置的找正02基于工作过程的电火花线切割加工操作技能训练PARTTWO角度样板的电火花线切割加工电极丝的选择1电火花线切割加工工艺指标的的影响因素２在评价电火花线切割加工的工艺效果时，一般都用切割速度、加工精度和表面粗糙度等指标来衡量。影响电火花线切割加工工艺效果的因素很多，它们之间相互制约。电极丝的选择是电火花线切割加工工艺编制的重要内容之一。角度样板的电火花线切割加工电火花线切割加工的电参数设置３电火花线切割加工中的常见故障及其排除方法４电火花线切割加工的电参数设置是否恰当，对加工工件的表面粗糙度、精度，以及切割速度起着决定性的作用。电火花线切割加工中的常见故障及其排除方法。这部分内容不包括电火花线切割加工机床的机械故障和电气故障，其解决方法详见机床使用说明书。角度样板的电火花线切割加工编程时程序起点、进刀线和退刀线的选择５程序起点一般也是切割的起点。由于在加工过程中存在各种工艺因素的影响，因此电极丝在返回起点时必然存在重复位置误差，从而造成加工痕迹，使工件加工精度和表面质量下降。为了避免或减小加工痕迹，程序起点应按以下原则选定。凹模零件的电火花线切割加工穿丝孔的加工1紧丝２在实际生产加工中，为了防止工件材料内部的残余应力变形及放电产生的热应力变形，不管是加工凹模类封闭形工件，还是凸模类工件，都应先在合适的位置加工好一定直径的穿丝孔进行封闭切割，避免开放式切割。一般新上的电极丝在试运行期间，需要进行2~3次紧丝。电极丝运行初期，每隔8h紧1~2次丝。电极丝拉伸至极限状态后会稳定运行，不需要再紧丝。凹模零件的电火花线切割加工断丝的处理措施３工件位置的校正方法４如果确信不是由于电极丝的本身质量或使用时间超过电极丝的使用寿命而引起的断丝，则可以利用储丝筒上剩余的较多一半的电极丝，进行如下操作。工件安装后，必须进行校正才能使工件的定位基准面分别与坐标工作台面及X、P轴进给方向保持平行，从而保证切割出的表面与工件的定位基准面之间的相对位置精度。电极丝定位的操作方法５在电火花线切割加工之前，应确定电极丝相对工件基准面或基准孔的坐标位置。这就要对电极丝进行定位，一般釆用目测法、火花法、自动找中心法和手动移动工作台法。蝴蝶零件的电火花线切割加工CAXA-V2软件的操作步骤1进入绘图界面绘制零件图生成加工轨迹添加后置处理生成ISO标准G代码修改G代码蝴蝶零件的电火花线切割加工AutoCAD软件电火花线切割加工自动编程的基本操作2

利用AutoCAD软件进行二次开发，设计基于AutoCAD平台的电火花线切割自动编程系统。该编程系统能够利用AutoCAD软件绘制二维零件加工图并直接转换成国际ISO标准G代码或3B格式代码加工程序，供电火花线切割加工机床自动加工使用。这种方式的电火花线切割加工是比较方便的，其具体操作步骤与CAXA-V2软件差不多。谢谢观看第五章3D打印加工精密制造和特种加工技术013D打印技术PARTONE3D打印技术的概念及历史发展1．3D打印技术的概念2．3D打印技术的历史发展

3D打印技术的学名是增材制造（MaterialAdditiveManufacturing，MAM），是指将材料一次性熔聚成型的快速制造技术，即快速成型（RapidPrototyping，RP）技术的一种。3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印机出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印技术的工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与计算机连接后，通过计算机控制把“打印材料”一层一层地叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这种打印技术称为3D立体打印技术。3D打印技术的原理

3D打印技术并不神秘，也不是一项崭新的技术，其实3D打印技术早已在工业应用领域默默奉献了近三十年。总的来说，物体成型的方式主要有以下4类：减材成型、受压成型、增材成型、生长成型。

分层实体成型工艺１分层实体成型（LaminatedObjectManufkcturing，LOM）工艺，是历史最为悠久的3D打印技术，也是较为成熟的3D打印技术之一。3D打印技术的原理LOM技术的优点如下（1）成型速度较快。由于只需要使用激光束沿物体的轮廓进行切割，无须扫描整个断面，成型速度很快，所以LOM技术常用于加工内部结构简单的大型零件。（2）成型精度高，翘曲变形小。（3）原型能承受高达200℃的温度，有较高的硬度和较好的力学性能。（4）无须设计和制作支撑结构。（5）可进行切削加工。（6）废料易剥离，无须进行后固化处理。（7）可制作尺寸放大的原型。（8）原材料（如金属箔、纸、塑料薄膜等）价格便宜，原型制作成本低。3D打印技术的原理LOM技术的缺点如下（1）不能直接制作塑料薄壁原型。（2）原型的抗拉强度不高和弹性不够好。（3）原型易吸湿膨胀，因此成型后的零件应尽快进行表面防潮处理。（4）原型表面有台阶纹理，比较粗糙，难以构建形状精细、多曲面的零件。因此，成型后

的零件需进行表面打磨。（5）材料浪费大，清理废料比较困难。3D打印技术的原理

立体光固化成型工艺2立体光固化成型（StereoLithographyApparatus，SLA）工艺又称立体光刻成型工艺。该工艺最早由CharlesHull于1984年提出并获得美国国家专利，是较早发展起来的3D打印技术之一。3D打印技术的原理SLA技术的优点如下（1）

尺寸精度高。SLA原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。（2）

表面质量好。虽然在每层固化时，侧面及曲面可能出现台阶，但上表面仍可以得

到玻璃状的效果。（3）

可以制作结构十分复杂的模型。（4）

可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。3D打印技术的原理SLA技术的缺点如下（1）尺寸的稳定性差。在成型过程中伴随着物理和化学变化，导致软薄部分易产生翘曲变形，因此极大地影响成型件的整体尺寸精度。（2）需要设计成型件的支撑结构，否则会引起成型件的变形。由于支撑结构需在成型件未完全固化时手动去除，因此容易破坏成型性。（3）设备运转及维护成本高。由于液态树脂材料和激光器的价格较高，而且为了使光学元件处于理想的工作状态，需要进行定期的调整和维护，费用较高。（4）可使用的材料种类较少。目前可使用的材料主要有感光性液态树脂材料，而且在大多情况下，不能对成型件进行抗力和热量的测试。（5）液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止其提前发生聚合反应，因此选择时有局限性。（6）需要二次固化。在很多情况下，经过快速成型系统光固化后的原型树脂并未完全被激光固化，所以通常需要二次固化。（7）

液态树脂固化后的性能不如常用的工业塑料，一般质地较脆，易断裂，不便进行机加工。3D打印技术的原理

选择性激光烧结工艺3选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）工艺最早是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年在其硕士论文中提出的，随后C.R.Dechard创立了DTM公司，并于1992年发布了基于SLS技术的工业级商用3D打印机Sinterstation。SLS技术的优点如下（1）可以采用多种成型材料。从理论上说，任何加热后能够形成原子间黏结的粉末材料

都可以作为SLS的成型材料。（2）成型过程与零件复杂程度无关，制件的强度高。（3）成型材料利用率高，未烧结的粉末材料可重复使用，无浪费。（4）无须支撑结构。（5）与其他成型方法相比，能生产较硬的模具。3D打印技术的原理SLS技术的缺点如下（1）原型结构疏松、多孔，且具有内应力，制作时易变形。（2）生成陶瓷、金属制件后的处理较难。（3）需要预热和冷却。（4）成型件表面粗糙多孔，并受粉末颗粒大小及激光光斑的限制。（5）在成型过程中会产生有毒气体及粉尘，污染环境。3D打印技术的原理

熔融沉积成型工艺４熔融沉积成型（FusedDepositionModeling，FDM）工艺是继LOM工艺和SLA工艺之后发展起来的一种3D打印技术。该技术由ScottCrump于1988年发明，随后ScottCrump创立了Stratasys公司。1992年，Stratasys公司推出了世界上第一台基于FDM技术的3D打印机——3D造型者（3DModeler），这也标志着FDM技术步入商用阶段。3D打印技术的原理FDM技术的优点如下（1）成本低。FDM技术用液化器代替了激光器，设备费用低；原材料的利用效率高且不产生毒气或造成化学物质的污染，使得成型成本大大降低。（2）釆用水溶性支撑材料，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建复杂的内腔、中空零件及一次成型的装配结构件。（3）原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。（4）可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料ABS、PC、PPS及医用ABS等。（5）原材料在成型过程中无化学变化，制件的翘曲变形小。（6）用蜡成型的原型零件可以直接用于熔模铸造。3D打印技术的原理FDM技术的缺点如下（1）原型的表面有较明显的条纹，相对国外先进的SLA工艺，FDM工艺的成型精度较低，最高成型精度为0.127mm。（2）原型沿着成型轴垂直方向的强度比较低。（3）需要设计和制作支撑结构。（4）需要对整个截面进行扫描涂覆，成型时间较长，成型速度相对SLA工艺慢7%左右。（5）原材料价格昂贵。3D打印技术的原理

3D印刷工艺５

3D印刷（Three-DimensionPrinting，3DP）工艺由美国麻省理工大学的EmanualSachs教授于1993年发明，3DP工艺的工作原理类似于喷墨打印机，是形式上较为贴合“3D打印”概念的成型技术之一。3DP技术的基本原理：首先设备会把工作槽中的粉末材料铺平，接着喷头会按照指定的路径将液态黏结剂（如硅胶）喷射在预先粉层上的指定区域中，此后不断重复上述步骤直到工件完全成型，最后除去模型上多余的粉末材料即可。3DP技术成型速度非常快，适用于制作结构复杂的工件，也适用于制作复合材料或非均匀材质材料的零件。3D打印技术的原理3DP技术的优点如下（1）成型速度快，成型材料价格低，适用于桌面型的快速成型设备。（2）在黏结剂中添加颜料，可以制作彩色原型，这是该工艺很具竞争力的特点之一。（2）在成型过程中不需要支撑，多余粉末材料的去除比较方便，特别适用于内腔复杂的原型。（4）尺寸精度高。原型的尺寸精度可以达到±0.1mm。3DP技术的缺点：成型工件强度较低，只能做概念型模型，而不能进行功能性试验。3D打印技术的打印过程

3D设计1

3D设计过程：先通过计算机建模软件建模，再将建成的3D模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面，三角面越小，其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生3D文件的扫描器，其生成的VRML或WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。3D打印技术的打印过程

完成打印３

切片处理2打印机通过读取STL文件中的截面信息，用液体状、粉末状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式黏合起来，从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以制造出任何形状的物品。

3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样）。3D打印技术的优点和缺点制造复杂物品而不增加成本产品多样化而不增加成本无须组装零时间交付设计空间无限零技能制造不占空间、便携制造减少废弃副产品材料无限组合精确的实体复制1．3D打印技术的优点3D打印技术的优点和缺点材料的限制机器的限制知识产权的顾虑道德的挑战花费的承担２．3D打印技术的缺点与所有新技术一样，3D打印技术也有着自己的缺点，这些缺点会成为3D打印技术发展路上的绊脚石，影响它成长的速度。3D打印技术的应用领域

3D打印技术使产品供应链的格局和人们的生活方式发生了转变。3D打印机的应用对象可以是任何行业，只要这些行业需要模型和原型。3D打印技术的应用领域１．航天科技２．医学行业②3D打印头盖骨④3D打印手掌⑥3D打印制药⑧3D打印血管①3D打印肝脏模型③3D打印脊椎植⑤3D打印心脏⑦3D打印胸腔

2014年9月底，美国国家航空航天局（NASA）完成首台成像望远镜，该望远镜的所有元件基本全部通过3D打印技术制造。3D打印技术的应用领域３．建筑行业４．服饰和配件在建筑行业里，工程师和设计师已经接受了用3D打印机打印建筑模型的方法，因为这种方法制造快速、成本低、环保，同时制作精美，合乎工程师和设计师的要求，还能节省大量材料。许多女人深知，遇到一件很合身的衣服是件很不容易的事，用3D打印机制作的衣服，可谓是解决了女人们在挑选服装时遇到的困境。一个服装设计工作室已经成功使用3D打印技术制作出服装，使用此技术制作出的服装不但外观新颖，而且舒适合体。3D打印技术的应用领域５．汽车行业６．电子行业用3D打印技术打印一辆斯特拉提汽车并完成组装需要44h，整个车身靠3D打印技术打印的零部件总数为40个，相较传统汽车20000多个零部件来说，可谓十分简洁了；充满曲线的车身先由黑色塑料制造，再层层包裹碳纤维以增加强度，这一设计制造尚属首创。该汽车由电池提供动力，最高速度约64km/h，车内电池可供行驶190~240km。

2014年11月10日，世界首款3D打印笔记本电脑开始预售，它允许任何人在自己的客厅里打印自己需要的设备，价格仅为传统笔记本电脑的一半。这款笔记本电脑名为Pi-Top，它在两周内累计获得了7.6万英镑的预订单。3D打印技术的应用领域７．体育行业８．教育行业９．食品行业在通常的制鞋程序中，设计、做模型、再做鞋子要花费很长时间。耐克公司鞋类创新副总裁托尼·比格内尔表示，制作出一款与设计构思完全相符的鞋子，可能要试上成百上千次。现在耐克公司已经将3D打印技术应用于模型设计，并在产品设计开发阶段助力设计师提速良多。一个曾经被关闭的仓库现如今成为最先进的实验室，在那里，新的工人正努力掌握3D打印技术，这一技术可能会变革制造几乎每件东西的方式。英国埃克塞特大学的研究人员推出了世界首台3D食品打印机。3D打印技术的发展趋势随着智能制造、控制技术、材料技术、信息技术等的不断发展，这些技术也被广泛地应用到制造业，因此3D打印技术也将会被推向一个更加广阔的发展平台。在未来，3D打印技术主要有以下发展趋势。精密化1智能化和便捷化2通用化302镂空模型的3D打印加工PARTTWO知识准备为了完成镂空模型的3D打印加工，需要学习的软件工具有MeshLab软件、ZBrush软件、Cura软件及测试模型。

MeshLab是开源免费的3D网格处理软件，主要用于编辑修复模型，具有简化、细分、光滑、采样、清理、重建等功能。

ZBrush是一款高精度笔刷式雕刻软件，其建模过程就像玩橡皮泥一样，利用拉、捏、推、扭等操作对图形进行编辑，最后生成任意的高度及复杂和丰富的几何细节（如怪兽的复杂表面细节）。

Cura是一款3D打印的切片软件，主要功能是对模型进行切片处理，最后生成3D打印机能识别的geode格式文件并直接进行打印。谢谢观看第六章其他特种加工精密制造和特种加工技术01电化学加工技术PARTONE电化学加工的原理与特点两片金属铜板（Cu）浸在导电溶液，如氯化铜（CuCl2）的水溶液中，此时水（H2O）离解为氢氧根负离子（OH-）和氢正离子H+，CuCl2离解为两个氯负离子（2Cl-）和二价铜正离子（Cu+）。当两片铜板接上直流电形成导电通路时，导线和导电溶液中均有电流流过，在铜板（电极）和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。导电溶液中的离子将做定向移动，Cu2+移向阴极，在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。1．电化学加工的原理电化学加工的原理与特点2．电化学加工的分类利用电化学反应过程中阳极金属的溶解作用来进行加工，主要有电解加工、电化学抛光等，用于内外表面形状、尺寸及去毛刺等加工。利用电化学反应过程中阴极金属的沉积来进行加工，主要有电铸加工、电镀加工等，用于表面加工、装饰、尺寸修复、磨具制造、精密图案及印制电路板复制等加工。利用电化学加工与其他加工方法结合的电化学复合加工工艺进行加工，主要有电解磨削、电解放电加工等，用于形状和尺寸加工、表面光整加工、镜面加工、高速切割等。电化学加工的原理与特点3．电化学加工的主要特点适应范围广。凡是能够导电的材料都可以进行电化学加工，且不受材料力学性能的限制。加工质量好。因为在加工过程中没有机械切削力的存在，所以工件表面无残余应力、无变质层，也没有毛刺及棱角，故加工质量好。在加工过程中没有划分阶段，可以同时进行大面积加工，生产效率高。电化学加工对环境有一定程度的污染。电解加工

电解加工的特点及局限性1

电解加工

电解加工的特点及局限性1（1）加工精度不高，尺寸精度对于内孔能达到土（0.03-0.05）mm，对于型腔能达到土（0.20〜0.5）mm。（2）在加工复杂型腔和型面时，工具的制造费用较高，一般不适用于单件和小批量生产。（3）电解加工设备占地面积大，附属设备多，初期投资较大。（4）电解液的处理和回收有一定难度，而且对设备有一定的腐蚀作用，在加工过程中产生的气体对环境有一定的污染。电解加工

电解加工的原理及工艺条件2（1）工件和工具电极之间保持很小的间隙（称为加工间隙），一般为0.1〜1mm。（2）0.5〜2.5MPa的强电解质溶液从加工间隙中连续高速（5-50m/s）流过，以保证带走工件上的溶解产物、气体和电解电流通过电解液时产生的热量，并去除极化。（3）工件与工具电极分别和直流电源（一般为6〜24V）的正负极连接。（4）通过两极加工间隙的电流密度高达10〜200A/cm2。电解加工

电解加工的基本规律3（1）电化当量阳极金属在溶解时，金属的溶解量与通过的电量符合法拉第定律。（2）加工速度（3）加工间隙电解加工是在阳极和阴极之间进行的。为了使加工表面能产生一定的阳极溶解和电解液的更新及排出电解产物，必须有一个均匀稳定的加工间隙。电解加工

电解液4在电解加工过程中，电解液不仅作为导电介质传递电流，而且在电场的作用下进行化学反应，使阳极溶解能顺利有效地进行。此外，电解液还担负着及时将加工间隙内产生的电解产物和热量带走的任务，起到更新和冷却的作用。因此，电解液对电解加工的生产率、加工精度和加工表面质量等工艺指标有着重要的影响。（1）对电解液的基本要求（2）电解液的种类及选用（3）电解液的流速、流量和流向电解加工

电解加工的应用5（1）电解加工设备的组成及基本要求电解加工设备包括机床本体、电源、电解液系统3个主要实体及相应的控制系统。（2）机床本体机床本体的任务是安装夹具、工具与工件，并保证它们之间的正确的相对运动关系，以获得良好的加工精度，同时传送直流电利电解液。（3）电源电源是